UM2154 STEVAL-SPIN3201 בקר BLDC מתקדם עם לוח הערכה משובץ STM32 MCU מדריך למשתמש

חיים.מוגדרים
UM2154

מדריך למשתמש

STEVE-SPIN3201: בקר BLDC מתקדם עם לוח הערכה משובץ STM32 MCU

תוֹכֶן לְהַסתִיר

1 מָבוֹא

2 דרישות חומרה ותוכנה

3 מתחילים

4 תיאור ותצורת החומרה

מָבוֹא

לוח ה-STEVAL-SPIN3201 הוא לוח דרייבר מנוע DC ללא מברשות תלת-פאזי המבוסס על STSPIN3F32, בקר תלת-פאזי עם MCU משולב STM0, ומיישם נגדי 3-shunt כטופולוגיית קריאת זרם.
הוא מספק פתרון קל לשימוש להערכת המכשיר ביישומים שונים כגון מכשירי חשמל ביתיים, מאווררים, מזל"טים וכלים חשמליים.
הלוח מיועד לאלגוריתם בקרה מונחה שדה מחוושים או נטול חיישן עם חישת 3-shunt.

איור 1. לוח הערכה STEVE-SPIN3201

דרישות חומרה ותוכנה

שימוש בלוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 דורש את התוכנה והחומרה הבאים:

מחשב Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) להתקנת חבילת התוכנה
כבל USB מיני-B לחיבור לוח STEVAL-SPIN3201 למחשב

ערכת פיתוח התוכנה STM32 Control Motor Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
מנוע DC ללא מברשות תלת פאזי עם כרך תואםtage ודירוגים נוכחיים

ספק כוח DC חיצוני.

מתחילים

הדירוגים המקסימליים של הלוח הם הבאים:

כוח stagאספקה כרךtage (VS) מ-8 V ל-45 V
זרם פאזה מנוע עד 15 זרועות

כדי להתחיל את הפרויקט שלך עם הלוח:

שָׁלָב 1. בדוק את מיקום המגשר בהתאם לתצורת היעד (ראה סעיף 4.3 זיהוי זרם יתר
שָׁלָב 2. חבר את המנוע למחבר J3 תוך הקפדה על רצף שלבי המנוע.
שָׁלָב 3. ספק את הלוח דרך כניסת 1 ו-2 של המחבר J2. נורית DL1 (אדום) תידלק.
שָׁלָב 4. פתח את האפליקציה שלך באמצעות STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

תיאור ותצורת החומרה

דְמוּת 2. הרכיבים הראשיים ומיקומי המחברים מציגים את מיקום הרכיבים והמחברים הראשיים על הלוח.
דְמוּת 2. עמדות רכיבים ומחברים עיקריים

טבלה 1. מגשרים להגדרות החומרה מספקים את ה-pinout המפורט של המחברים.
טבלה 1. מגשרים להגדרת חומרה

קַפצָן	תצורות מותרות	מצב ברירת מחדל
JP1	בחירת VREG מחובר למנוע V	לִפְתוֹחַ
JP2	ספק כוח מנוע בחירה מחובר לספק כוח DC	סָגוּר
JP3	אספקת מקודד של Selection Hall לאספקת חשמל USB (1) / VDD (3).	1 – 2 סגור
JP4	איפוס בחירה של ST-LINK (U4)	לִפְתוֹחַ
JP5	בחירה PA2 מחוברת לאולם 3	סָגוּר
JP6	בחירה PA1 מחוברת לאולם 2	סָגוּר
JP7	בחירה PA0 מחוברת לאולם 1	סָגוּר

טבלה 2. תיאור מחברים אחרים, מגשר ונקודות בדיקה

שֵׁם	פִּין	מַדבֵּקָה	תֵאוּר
J1	1 - 2	J1	ספק כוח מנוע
J2	1 - 2	J2	ספק כוח ראשי של התקן (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	חיבור פאזות מנוע BLDC תלת פאזי
J4	1 – 2 – 3	J4	מחבר חיישני היכל/מקודד
J4	4 - 5	J4	אספקת חיישני הול/מקודד
J5	–	J5	כניסת USB ST-LINK
J6	1	3V3	ספק כוח ST-LINK
	2	CLK	SWCLK של ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO של ST-LINK
J7	1 - 2	J7	עֲגָלָה
J8	1 - 2	J8	איפוס ST-LINK
TP1	–	גרג	12 V כרךtagפלט הרגולטור
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	מְהִירוּת	פלט פוטנציומטר מהירות
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (תפקוד פלטamp חוש 1)
TP6	–	V-BUS	משוב VBus
TP7	–	OUT_U	פלט U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (תפקוד פלטamp חוש 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (תפקוד פלטamp חוש 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	פלט V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	פלט W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	כרך USBtage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

תיאור המעגל

ה-STEVAL-SPIN3201 מספק פתרון FOC שלם עם 3 שאנטים המורכב מ-STSPIN32F0 - בקר BLDC מתקדם עם MCU משובץ STM32 - ו-s power חצי גשר משולשtage עם NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 מייצר באופן אוטונומי את כל כרך האספקה הנדרשtages: ממיר DC/DC buck הפנימי מספק 3V3 ווסת ליניארי פנימי מספק 12 V לדרייברי השער.
מיזוג אות המשוב הנוכחי מתבצע באמצעות שלושה מהמבצעים ampמגבונים מוטבעים במכשיר ומשווה פנימי מבצעים הגנת זרם יתר מנגדי shunt.
שני לחצני משתמש, שתי נוריות וגוזם זמינים ליישום ממשקי משתמש פשוטים (למשל, הפעלה/עצירה של המנוע והגדרת מהירות יעד).
לוח ה-STEVAL-SPIN3201 תומך במקודד הריבוע ובחיישני הול הדיגיטליים כמשוב על מיקום המנוע.
הלוח כולל ST-LINK-V2 המאפשר למשתמש לבצע ניפוי באגים ולהוריד קושחה ללא כל כלי חומרה נוסף.

4.1 חיישן מהירות מנוע הול/מקודד
לוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 תומך בחיישני ה- Hall הדיגיטלי ומקודד הריבוע כמשוב מיקום המנוע.
ניתן לחבר את החיישנים ל-STSPIN32F0 דרך מחבר J4 המופיע ברשימה

טבלה 3. מחבר הול/מקודד (J4).

שֵׁם	פִּין	תֵאוּר
אולם 1/A+	1	חיישן הול 1/מקודד אאוט A+
אולם2/B+	2	חיישן הול 2/מקודד יוצא B+
אולם 3/Z+	3	חיישן הול 3/מקודד משוב אפס
חיישן VDD	4	אספקת חיישן כרךtage
GND	5	טָחוּן

נגד סדרת הגנה של 1 kΩ מותקן בסדרה עם יציאות חיישנים.
עבור חיישנים הדורשים משיכה חיצונית, שלושה נגדים של 10 kΩ כבר מותקנים על קווי המוצא ומחוברים ל-VDD voltagה. באותם קווים, זמינה גם טביעת רגל עבור נגדים נשלפים.

המגשר JP3 בוחר את ספק הכוח עבור אספקת החיישן כרךtage:

מגשר בין פין 1 - פין 2: חיישני הול המופעלים על ידי VUSB (5 V)

מגשר בין פין 1 - פין 2: חיישני הול המופעלים על ידי VDD (3.3 V)
המשתמש יכול לנתק את יציאות החיישן ממגשרים הפתיחה של MCU GPIO JP5, JP6 ו-JP7.

4.2 חישת זרם

בלוח STEVAL-SPIN3201, מיזוג אותות חישת הנוכחי מתבצע באמצעות שלושה מהפעולות התפעוליות ampמגבונים המוטמעים בהתקן STSPIN32F0.
ביישום FOC טיפוסי, הזרמים בשלושת חצאי הגשרים נחושים באמצעות נגד shunt על המקור של כל מתג מתח צד נמוך. החושה כרךtagאותות e מסופקים לממיר אנלוגי לדיגיטלי על מנת לבצע את חישוב המטריצה הקשור לטכניקת בקרה מסוימת. אותות חישה אלה מוזזים בדרך כלל ו ampמאופיינת על ידי מבצעים ייעודייםamps על מנת לנצל את כל הטווח של ה-ADC (עיין באיור 3. ערכת חישה נוכחית לשעברample).

איור 3. סכימת חישה נוכחית למשלample

יש להזיז את אותות החישה ולרכז אותם על VDD/2 voltage (בערך 1.65 V) ו amplified שוב אשר מספק את ההתאמה בין הערך המרבי של האות הנחוש לטווח בקנה מידה מלא של ה-ADC.
כרךtagהסטת stage מציג הנחתה (1/Gp) של אות המשוב אשר, יחד עם ההגבר של התצורה הלא-הופכת (Gn, קבוע על ידי Rn ו-Rf), תורם להגבר הכולל (G). כפי שכבר ציינו, המטרה היא לבסס את הכולל ampרווח רשת הלינקציה (G) כך שהנפחtage על הנגד shunt המתאים לזרם המרבי המותר למנוע (ISmax ערך שיא של זרם מדורג המנוע) מתאים לטווח הווליוםtagניתן לקרוא על ידי ה-ADC.

פֶּתֶק שברגע ש-G מקובע, עדיף להגדיר אותו על ידי הורדת ההנחתה הראשונית 1/Gp ככל האפשר, ולכן הרווח Gn. זה חשוב לא רק כדי למקסם את האות על ידי יחס הרעש, אלא גם כדי להפחית את ההשפעה של ה-Op-amp היסט מהותי על הפלט (פרופורציונלי ל-Gn).

הרווח והקיטוב כרךtage (VOPout, pol) קובעים את טווח הפעולה של מעגל חישת הזרם:

אֵיפֹה:

IS- = זרם מקור מקסימלי
IS+ = זרם שקוע מרבי שניתן לחוש על ידי המעגל.

טבלה 4. STEVE-SPIN3201 אופ-ampרשת הקיטוב של

פָּרָמֶטֶר	התייחסות לחלק	ר' 1	ר' 3
Rp	R14, R24, R33	560 Ω	1.78 קילוואט
Ra	R12, R20, R29	8.2 קילוואט	27.4 קילוואט
Rb	R15, R25, R34	560 Ω	27.4 קילוואט
Rn	R13, R21, R30	1 קילוואט	1.78 קילוואט
Rf	R9, R19, R28	15 קילוואט	13.7 קילוואט
Cf	C15, C19, C20	100 pF	NM
G	–	7.74	7.70
VOPout, פול	–	1.74 וולט	1.65 וולט

4.3 זיהוי זרם יתר

לוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 מיישם הגנת זרם יתר המבוסס על השוואת ה-OC המשולבת STSPIN32F0. נגדי shunt מודדים את זרם העומס של כל שלב. הנגדים R50, R51 ו-R52 מביאים את הווליוםtagאותות e המשויכים לכל זרם עומס לפין OC_COMP. כאשר שיא הזרם הזורם באחד משלושת הפאזות חורג מהסף שנבחר, המשווה המשולב מופעל וכל מתגי המתח בצד הגבוה מושבתים. מתגי כוח צד גבוה מופעלים שוב כאשר הזרם יורד מתחת לסף, ובכך מיישמים הגנת זרם יתר.
ספים נוכחיים עבור לוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 מפורטים ב

טבלה 5. ספי זרם יתר.

PF6	PF7	קומפ. פנימי מפתן	סף OC
0	1	100 mV	20 א
1	0	250 mV	65 א
1	1	500 mV	140 א

ניתן לשנות את הספים הללו על ידי שינוי נגד ההטיה R43. מומלץ לבחור ב-R43 גבוה מ-30 kΩ. על מנת לחשב את הערך של R43 עבור IOC מגבלת זרם יעד, ניתן להשתמש בנוסחה הבאה:

כאשר OC_COMPth הוא הכרךtagסף e של המשווה הפנימי (נבחר על ידי PF6 ו-PF7), ו-VDD הוא כרך האספקה הדיגיטלי של 3.3 Vtage מסופק על ידי ממיר DCDC buck הפנימי.
הסרת ה-R43, נוסחת הסף הנוכחית מפושטת באופן הבא:

4.4 אוטובוס כרךtagמעגל אלקטרוני

לוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 מספק את ה-bus voltagחישה אלקטרונית. אות זה נשלח דרך כרךtagמחלק e מאספקת המנוע כרךtage (VBUS) (R10 ו-R16) ונשלח ל-PB1 GPIO (ערוץ 9 של ה-ADC) של ה-MCU המוטבע. האות זמין גם ב-TP6.

4.5 ממשק משתמש בחומרה

הלוח כולל את פריטי ממשק המשתמש הבאים של החומרה:

פוטנציומטר R6: קובע את מהירות היעד, למשלample
מתג SW1: מאפס את STSPIN32F0 MCU ו-ST-LINK V2

מתג SW2: לחצן משתמש 1
מתג SW3: לחצן משתמש 2
LED DL3: נורית משתמש 1 (נדלקת גם כאשר לוחצים על כפתור משתמש 1)

LED DL4: נורית משתמש 2 (נדלקת גם כאשר משתמש 2 לחצנים נלחצים)

4.6 ניפוי באגים

לוח ההערכה STEVAL-SPIN3201 מטמיע מנפה/מתכנת ST-LINK/V2-1. התכונות הנתמכות ב-ST-LINK הן:

ספירה מחדש של תוכנת USB
ממשק יציאת COM וירטואלית ב-USB המחובר לפיני PB6/PB7 של STSPIN32F0 (UART1)
ממשק אחסון המוני ב-USB
ספק הכוח עבור ST-LINK מסופק על ידי המחשב המארח באמצעות כבל ה-USB המחובר ל-J5.
LED LD2 מספק מידע סטטוס תקשורת ST-LINK:

נורית אדומה מהבהבת באיטיות: בעת הפעלה לפני אתחול USB
נורית אדומה מהבהבת במהירות: לאחר תקשורת נכונה ראשונה בין המחשב ל-ST-LINK/V2-1 (ספירה)
נורית אדומה דולקת: האתחול בין המחשב ל-ST-LINK/V2-1 הושלם

נורית ירוקה דולקת: אתחול תקשורת יעד מוצלח
LED אדום/ירוק מהבהב: במהלך תקשורת עם המטרה
ירוק ON: התקשורת הסתיימה ומוצלחת
פונקציית האיפוס מנותקת מה-ST-LINK על ידי הסרת המגשר J8.

היסטוריית גרסאות

טבלה 6. היסטוריית גרסאות של מסמך

תַאֲרִיך	עדכון	שינויים
12 בדצמבר 20161	1	שחרור ראשוני.
23-2017 בנובמבר	2	נוסף סעיף 4.2: חישת זרם בעמוד 7.
27-פברואר-2018	3	שינויים קלים לאורך המסמך.
18 באוגוסט 2021	4	תיקון תבנית קטן.

STMicroelectronics NV וחברות הבנות שלה ("ST") שומרות לעצמן את הזכות לבצע שינויים, תיקונים, שיפורים, שינויים ושיפורים במוצרי ST ו/או במסמך זה בכל עת ללא הודעה מוקדמת. על הרוכשים לקבל את המידע הרלוונטי העדכני ביותר על מוצרי ST לפני ביצוע הזמנות. מוצרי ST נמכרים בהתאם לתנאי המכירה של ST הקיימים בזמן אישור ההזמנה. הרוכשים הם האחראים הבלעדיים לבחירה, לבחירה ולשימוש במוצרי ST ו-ST אינה נושאת באחריות לסיוע ביישום או לעיצוב מוצרי הרוכשים.

הודעה חשובה - אנא קרא בזהירות

שום רישיון, מפורש או משתמע, לכל זכות קניין רוחני לא ניתן על ידי ST בזאת.
מכירה חוזרת של מוצרי ST עם הוראות שונות מהמידע המפורט כאן תבטל כל אחריות שניתנה על ידי ST עבור מוצר זה.
ST והלוגו של ST הם סימנים מסחריים של ST. למידע נוסף על סימני מסחר ST, עיין ב www.st.com/trademarks. כל שאר שמות המוצרים או השירותים הם רכושם של בעליהם בהתאמה.
המידע במסמך זה מחליף ומחליף מידע שסופק בעבר בכל גרסאות קודמות של מסמך זה.